基于半自动纵向显微计算机断层扫描的裸鼠骨质疏松相关椎体骨折模型定量结构分析

本手术模型及图像分析方法的总体目标是观察您的治疗方案对临床前骨质疏松相关椎体压缩性骨折模型的影响。该方法有助于回答胶质再生医学领域中的关键问题，例如：哪些可能是治疗骨质疏松相关椎体压缩性骨折的有效方法？此类治疗方法将如何促进骨组织再生？该技术的主要优势在于采用裸鼠，因此可在体内测试新型治疗方法，而无需担心免疫排斥问题。

此外，本方法所基于的骨再生过程是半自动化的，因此与之前发表的方法相比，具有更高的准确性和更少的用户依赖性。演示该操作过程的是本实验室的研究科学家Wafa Tawackoli博士。首先，使用5%异氟烷与100%氧气对骨质疏松大鼠进行麻醉诱导，随后转移至鼻罩，以2%至3%异氟烷维持麻醉。

使用电动剃须刀剃除腹部区域的毛发。先用含0.5%氯己定葡萄糖酸盐的碘类消毒剂擦拭，再用70%乙醇擦拭。在麻醉期间，使用兽用眼膏涂抹眼睛以防止干燥。

施加足趾夹捏刺激以确认麻醉深度是否充分。若无反应，则开始手术操作。将麻醉后的大鼠仰卧置于设定为37摄氏度的加热垫上，并使用磁性固定牵开系统固定四肢。

在开始手术操作前，对大鼠皮下注射卡洛芬。从剑突下方一厘米处沿中线开始，做一条五到八厘米长的皮肤切口，然后使用手术剪沿白线切开腱膜，以进入腹腔。使用牵开器暴露腹腔。

将大鼠的肠管向右侧推移，以暴露腹主动脉和左肾。为避免组织脱水，应用无菌浸湿纱布包裹内脏器官。必要时使用额外的牵开器以充分暴露主动脉。

触诊腰椎，然后进行暴露。使用热凝器暴露腰椎体 L4 至 L5 的前表面，并将其与周围结缔组织和肌肉分离。使用棉签清除 L4 椎体上的血液和残留组织。

接下来，使用无菌的直径2厘米钻头，在暴露的椎体前表面中心钻一个深5毫米的骨缺损。施加最小压力，仅穿透腹侧皮质骨及其下方的松质骨，避免穿透背侧皮质骨。

然后以相同方式钻取每只大鼠的L5椎体，以制造两个缺损。钻孔完成后，将肠管还纳至腹腔并移除牵开器。接下来，使用薇乔（Vicryl）合成可吸收外科缝线，采用连续缝合方式缝合腱膜。

使用4-0单丝尼龙不可吸收缝线，以单纯间断缝合方式闭合皮肤。然后在皮肤缝线及其间区域涂抹100微升外用皮肤粘合剂，以确保皮肤完全闭合。向大鼠注射37摄氏度的乳酸林格液以预防低体温和脱水，并注射布托啡诺以缓解术后疼痛，随后将动物置于加热垫上，使其从麻醉中恢复。

手术后的第二天，使用异氟烷如前所述诱导麻醉。利用活体微型CT扫描仪对大鼠进行扫描。扫描完成并从麻醉中恢复后，将大鼠放回饲养笼中。

为分离椎骨数据进行分析，请点击微计算机断层扫描（micro-CT）评估程序，并从菜单中选择样本。然后使用鼠标在某一层面勾勒单个椎骨的轮廓。使用Z轴滑块切换至下一个层面，并以相同方式勾勒各个椎骨的轮廓。

每隔几个切片，通过点击文件、保存 GOBJ，将轮廓化的椎骨另存为单独的文件。然后在设定参考椎骨后，将其导入微计算机断层扫描（micro-CT）环境。通过点击 micro-CT 评估程序、文件、加载 GOBJ，并选择先前创建的 GOBJ，将为参考椎骨定义的感兴趣体积（VOI）应用于已配准的目标椎骨。

最后，使用微计算机断层扫描（micro-CT）评估程序对感兴趣体积（VOI）进行评估。该冠状面三维图像显示了造模后一天的代表性椎体缺损情况。缺损区域中的骨形成以红色表示。

这是同一区域的矢状面二维图像，最后是轴向二维图像。如图所示，骨形成随时间推移而发生，并通过纵向成像检测到。采用重复测量双因素方差分析（ANOVA）结合Bonferroni多重比较校正，对骨体积密度和表观密度进行计算和比较。

如图所示，自椎体缺损形成两周后，骨体积密度和表观密度均显著增加。在完成该操作后，还可采用组织学和免疫组织化学等其他方法，进一步回答诸如缺损区域存在哪些细胞、表达哪些蛋白质等问题。观看本视频后，您应能够充分掌握如何在裸鼠体内创建多个椎体缺损，并随时间推移对这些缺损中的骨再生情况进行分析。